磁通約束型三相故障電流限制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁通約束型三相故障電流限制器，屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括故障電流限制器本體，所述故障電流限制器為變壓器鐵芯，變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上，各相耦合繞組各自接入電網(wǎng)的三相線路中的其中一相線路。本發(fā)明能夠在系統(tǒng)正常狀態(tài)下，對(duì)系統(tǒng)傳輸功率及線路電流無(wú)影響，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，能快速并有效抑制故障相電流的增大，本發(fā)明中磁通約束性故障電流限制器的整機(jī)損耗較低，損耗主要為銅損，其響應(yīng)速度快，相比常規(guī)故障電流限制器，本發(fā)明中故障電流限制器在故障發(fā)生時(shí)刻，基于磁通約束機(jī)理，可實(shí)現(xiàn)故障電流的及時(shí)響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間短，應(yīng)對(duì)故障電流反應(yīng)迅速。
【專利說(shuō)明】磁通約束型三相故障電流限制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】，更準(zhǔn)確地說(shuō)本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)短路保護(hù)的故障電流限制器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)中負(fù)荷和負(fù)荷密度的的增加，電力系統(tǒng)的輸送容量不斷提升，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愈加復(fù)雜，導(dǎo)致電力系統(tǒng)各級(jí)電網(wǎng)中的短路電流水平不斷增加。部分地區(qū)的短路容量已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)斷路器的開斷容量，而大容量斷路器受限于制造水平和高造價(jià)，故障電流過(guò)大已嚴(yán)重威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)的輸送能力也構(gòu)成限制瓶頸。
[0003]故障電流限制器(Fault Current Limitat1n, FCL),可以有效限制電網(wǎng)在故障狀態(tài)下的暫態(tài)故障電流，在不改變電網(wǎng)架構(gòu)的前提下，保持電網(wǎng)繼電保護(hù)的可靠性和現(xiàn)有配置，提高電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)安全性和暫態(tài)穩(wěn)定性，是當(dāng)前超高壓電網(wǎng)建設(shè)中重要的電力裝備之一。
[0004]故障電流限制器的工作機(jī)理為:在系統(tǒng)正常時(shí)呈現(xiàn)低阻抗，降低對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行的影響到最小程度；在接地故障等異常發(fā)生時(shí)，呈現(xiàn)高阻抗，從而對(duì)電網(wǎng)短路電流水平構(gòu)成最大程度的限制。故障電流限制器的主要優(yōu)勢(shì)有:1、減輕斷路器的開斷壓力；2、減少線路損耗，改善系統(tǒng)功角穩(wěn)定性；3、避免電力設(shè)備達(dá)到選型時(shí)的熱穩(wěn)定極限，提高利用率。
[0005]故障電流限制器當(dāng)前比較成熟的類別有:諧振型故障電流限制器、超導(dǎo)故障電流限制器(中科院電工所)、磁控開關(guān)型故障電流限制器(上海交大)、新型固態(tài)限流器(浙江大學(xué))。超導(dǎo)故障電流限制器反應(yīng)速度快，損耗低，缺點(diǎn)是冷卻系統(tǒng)昂貴、材料不穩(wěn)定；固態(tài)限制器基于全控器件，具有快速限制和分段能力，但造價(jià)高、損耗大；諧振型故障限制器可實(shí)現(xiàn)自觸發(fā)，但體積大、造價(jià)高。
[0006]中國(guó)專利文件CN 103825262A公開了一種雙回線用的故障電流限制器，采用了裝于鐵心柱的兩耦合線圈的結(jié)構(gòu)，可以一定程度實(shí)現(xiàn)故障電流的限制。但是，該技術(shù)方案也存在一些問(wèn)題，主要在于:1)這種故障電流限制器只能是用于雙回線(每一回線均為三相線路)，因此對(duì)于普通單回線路或電纜線路無(wú)法使用，且雙回線路主要側(cè)重于220KV或500KV的輸電系統(tǒng)，應(yīng)用范圍較為局限；2)故障電流限制器僅可應(yīng)對(duì)三相接地故障，對(duì)電網(wǎng)尤其是配電網(wǎng)中常見(jiàn)的單相接地故障難以起到效果；3)成本較高，雙回線路的各自相均需要一個(gè)鐵芯組成限制回路，因而三相共需3個(gè)鐵芯，從而大大增加了成本。
[0007]因此，目前迫切需要一種能夠適用于單一回路的輸配電線路、涵蓋低壓線路到500KV高壓輸電線路且能夠應(yīng)對(duì)單相接地故障的故障電流限制器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中故障電流限制器的缺陷，提供一種基于磁通約束的故障電流限制器，該故障電流限制器能夠適用于單一回路的輸配電線路、涵蓋低壓線路到500KV高壓輸電線路且能夠應(yīng)對(duì)單相接地故障，從而適應(yīng)在電網(wǎng)短路容量不斷增大的情況下對(duì)故障電流限制器這種電網(wǎng)建設(shè)重要設(shè)備的需求，實(shí)現(xiàn)維持系統(tǒng)繼電保護(hù)配置和穩(wěn)定、提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)安全性。
[0009]相比于常規(guī)故障電流限制器在成本、體積、系統(tǒng)復(fù)雜度、觸發(fā)速度等性能指標(biāo)難以兼顧，本發(fā)明依據(jù)磁通平衡原理，提出在某相線路發(fā)生接地故障時(shí)，另外兩相電流產(chǎn)生的磁通對(duì)故障相的短路電流實(shí)現(xiàn)限制。本發(fā)明的磁通約束型的故障電流限制器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程化，可兼顧成本、體積、系統(tǒng)復(fù)雜度、觸發(fā)速度等性能指標(biāo)。
[0010]具體地說(shuō)，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括故障電流限制器本體，所述故障電流限制器為變壓器鐵芯，變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上，各相耦合繞組各自接入電網(wǎng)的三相線路中的其中一相線路。由于采用了三相耦合繞組，這樣在電網(wǎng)發(fā)生單向線路接地故障時(shí)，非故障相電流所產(chǎn)生磁通可以對(duì)故障相電流進(jìn)行限制，從而確保故障相電流在斷路器開斷電流范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)故障電流限制。
[0011]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。
[0012]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，各相耦合繞組的變比為1:1:1。這可保證電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的電壓和潮流平衡，以及鐵芯柱內(nèi)磁通和磁勢(shì)的平衡。
[0013]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，各相耦合繞組的進(jìn)線點(diǎn)和出線點(diǎn)分別并聯(lián)有旁路開關(guān)。旁路開關(guān)的作用有二:1)在故障電流限制器發(fā)生故障時(shí)，可以利用旁路開關(guān)將故障電流限制器切除；2)在發(fā)生單向線路接地故障后繼電保護(hù)會(huì)將故障相線路切除，此時(shí)可以利用旁路開關(guān)將其余非故障相線路與故障電流限制器旁路，保證非故障相線路的功率平衡，從而維持非故障相線路的運(yùn)行。
[0014]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，故障電流限制器安裝于三相平衡的電纜線路或架空線路的首端、中部或末端。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明能夠適用于單一回路的輸配電線路、涵蓋低壓線路到500KV高壓輸電線路，在系統(tǒng)正常狀態(tài)下，本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)傳輸功率及線路電流無(wú)影響，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，則能快速并有效抑制故障相電流的增大。本發(fā)明的磁通約束性故障電流限制器的整機(jī)損耗較低，損耗主要為銅損，具有良好的損耗性能。相比常規(guī)故障電流限制器，本發(fā)明能夠在故障發(fā)生時(shí)刻基于磁通約束機(jī)理，實(shí)現(xiàn)故障電流的及時(shí)響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間短，應(yīng)對(duì)故障電流反應(yīng)迅速。本發(fā)明的三相耦合繞組可以共用一個(gè)鐵芯，成本較低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為磁通約束型故障電流限制器結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]圖2為磁通約束性故障電流限制器帶旁路開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018]圖3為磁通約束型故障電流限制器的系統(tǒng)接入圖。
[0019]圖4為不接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)正常工作時(shí)A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0020]圖5為接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)正常工作時(shí)A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0021]圖6為不接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0022]圖7為接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)A、B、C三相線路的仿真電流圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例一:
圖1和圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。如圖1所示，該實(shí)施例的磁通約束型三相故障電流限制器，由一個(gè)變壓器鐵芯作為故障電流限制器本體，該變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組A、B和C用于與電網(wǎng)的三相線路連接，其中A相耦合繞組接入電網(wǎng)的A相線路，B相耦合繞組接入電網(wǎng)的B相線路，C相耦合繞組接入電網(wǎng)的C相線路，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上。
[0025]如圖3所示，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單向線路接地故障如C相線路發(fā)生接地故障時(shí)，則可通過(guò)A相電流Ia和B相電流Ib經(jīng)A相耦合繞組、B相耦合繞組所產(chǎn)生磁通對(duì)C相電流Ic進(jìn)行限制，從而確保Ic在斷路器開斷電流范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障相電流的限制。
[0026]各相耦合繞組的變比為1:1:1，保證電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的電壓和潮流平衡，以及鐵芯柱內(nèi)磁通和磁勢(shì)的平衡。故障電流限制器安裝于三相平衡的電纜線路或架空線路的首端、中部或末端。
[0027]實(shí)施例二:
圖2給出了本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于各相耦合繞組的進(jìn)線點(diǎn)和出線點(diǎn)還分別并聯(lián)有旁路開關(guān)ka、kb和kc。旁路開關(guān)的作用有二:1)在故障電流限制器發(fā)生故障時(shí)，可以利用旁路開關(guān)將故障電流限制器切除；2)在發(fā)生單向線路接地故障后繼電保護(hù)會(huì)將故障相線路切除，此時(shí)可以利用旁路開關(guān)將其余非故障相線路與故障電流限制器旁路，保證非故障相線路的功率平衡，從而維持非故障相線路的運(yùn)行。
[0028]圖4至圖7給出了本發(fā)明的實(shí)施效果的仿真電流圖。圖4表明在不接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時(shí)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的三相電流瞬時(shí)值，其幅值設(shè)定為148A。圖5表明在接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時(shí)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的三相電流瞬時(shí)值，幅值設(shè)定為147A?？梢?jiàn)，在電網(wǎng)正常工作時(shí)，本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器的接入對(duì)系統(tǒng)電流及輸送功率基本無(wú)影響
圖6表明不接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時(shí)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障運(yùn)行時(shí)的三相電流瞬時(shí)值，其中A相電流為3482A，B、C相電流為148A，可看出故障電流較大。圖7表明接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時(shí)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障運(yùn)行時(shí)的三相電流瞬時(shí)值，其中A相電流為423A，B、C相電流為148A。因此，本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器確實(shí)對(duì)單相接地故障的故障電流起到較大的抑制作用。
[0029]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來(lái)限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.磁通約束型三相故障電流限制器，包括故障電流限制器本體，其特征在于，所述故障電流限制器為變壓器鐵芯，變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上，各相耦合繞組各自接入電網(wǎng)的三相線路中的其中一相線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，所述變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，各相耦合繞組的變比為1:1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，各相耦合繞組的進(jìn)線點(diǎn)和出線點(diǎn)分別并聯(lián)有旁路開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4任一所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，故障電流限制器安裝于三相平衡的電纜線路或架空線路的首端、中部或末端。
【文檔編號(hào)】H02H9/02GK104332977SQ201410541318
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】吳維寧, 侯凱, 李惠宇, 呂宏水, 俞拙飛, 武迪, 蔣應(yīng)偉, 隗華榮 申請(qǐng)人:南京南瑞集團(tuán)公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院